丙纶产业用丝PP-CF工艺技术方案及设备研究

丙纶产业用丝PP-CF工艺技术方案及设备研究
钱浙闽
(北京中丽制机工程技术有限公司101111)
摘要本文通过对丙纶产业用丝(PP-CP)工艺技术的研究,阐述了设计紧凑型、模块式丙纶产业用丝设备的模块组成和设备结构特点。

最后还对该机型在一机多能差别化拓展应用方面进行了开发说明。

关键词丙纶产业用丝工艺技术紧凑型模块式设备研发
1前言
近年来,我国化纤工业产能迅速增长,已成为世界上最大的化纤生产国,其化纤产能已占世界的四成以上。

但是,化纤生产的产品结构和技术结构不够合理,使得其产业链发展不平衡,化纤行业的盲目同质化扩充产能,使其获利能力有所下降,围绕着化纤产业链有关产品的竞争日益激烈,化纤行业已成为高度竞争行业。

当前,我国的化纤工业正处于优化、调整和重组时期,功能纤维和高技术产业用纤维快速增长;例如,丙纶工业丝以其比重轻、耐酸碱、耐海水腐蚀性好等特点,在产业用品上有广泛的用途:它可以用来制造地毯底布、家具装饰布、运动帆布、帐蓬布、蓬盖布、土工布、安全带、集装带、绳索、缝纫线、网、水龙带以及箱包等产品。

PP-CF设备和技术就是为了适应产业用功能纤维的需求而开发的一种新技术新装备。

本文针对丙纶产业用丝的生产特点,通过对PP -CF技术方案的研究,开发出一种紧凑型、模块式、差别化设备。

该机型具有流程短、规模小、产品范围广、差别化能力强等特点。

由于采用模块式设计,设备、建筑及公用工程(可安装在一个楼层内)投资低廉,产品灵活,量少多批,可以满足市场的各种需求,特别适合国内外一些中小型企业生产丙纶工业丝之用,是生产家纺及产业用功能纤维的优良设备。

F工艺技术方案研究
丙纶产业用丝的主要产品为
丙纶低缩高强丝(TY)。

2.丙纶中强丝(PP-MT Y)。

3.丙纶预取向丝(PP-POY)。

以上这些市场所需的主要产品均可在我们设计的这套设备中得以实现。

2.1丙纶高强丝(PP-HTY)
丙纶高强丝强力要求大于7g d,伸长12%~ 16%,沸水收缩率小于3%~5%。

过去国内采用较多的是两步法低速纺丝和拉伸工艺。

该法存在工艺流程长,设备占地大,用工多,生产成本高,产品质量稳定性差等缺点。

针对上述要求,结合丙纶分子结构特点,想要采用一步法工艺路线达到上述质量要求,必须采用多级高倍拉伸才能实现强力的提高;另外想要获得低的收缩率,还必须对纤维进行足够的热定型。

据此,我们设计了两级拉伸两级定型的工艺流程技术方案,见图1
所示。

图1两级拉伸两级定型的工艺流程
纺丝拉伸工艺主要在第一热辊(GR)和第二热辊(GR)之间,第二热辊(GR)及第三热辊(GR3)之间实现两级拉伸。

定型工艺是在第三热
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纺织机械2010年第4期产品开发
2PP-C
:
1.PP-H
H1 H2H2
H
辊(HGR 3)和第四热辊(H GR 4)上实现两次热定型,并通过超喂达到一定程度上的松弛定型。

采用4对热牵伸辊工艺技术,可生产强力7.0g de 的高强丙纶PP-H TY;
可纺产品纤度范围:
FDY:200de~600de(8头位)、
600de~1200de (4头位);
工艺速度可达2200m min 。

2.2丙纶中强丝(PP-MTY)
丙纶中强丝强力要求大于5g d,伸长16%~20%,沸水收缩率在8%~10%。

根据中强丝特点和要求,我们在一步法工艺路线的基础上采用3对热辊的工艺技术达到上述质量要求,可省略一对热辊。

据此,还设计了两级拉伸一级定型的工艺流程技术方案,见图2
所示。

图2两级拉伸一级定型的工艺流程
纺丝拉伸工艺仍在第一和第二及第三热辊间实现两级拉伸。

由于强力要求不是很高,因此可适当
降低总牵伸比,于是生产可在较高的纺丝速度下进行,产量则有所提高,同时由于少用一对热辊,可减少用电量,降低生产成本。

采用3对热牵伸辊工艺技术,可生产强力5.0g de 的中强丙纶PP-MTY;
可纺产品纤度范围:
FDY:200de~600de (8头位)、
600de~1200de (4头位);
工艺速度可达2800m min 。

2.3丙纶预取向丝(POY )
在上述工艺路线的基础上,只要停止热辊加热,丝路绕开各级牵伸辊,就很容易地实现OY 的生产,见图3所示。

采用图3的方案可生产丙纶OY;
可纺产品纤度范围(POY):400de~1200de;工艺速度可达2000~2300m min 。

图3丙纶预取向丝(P P-POY)工艺流程
3PP -CF 设备的组成及结构特点
3.1设备的组成
通过对上述工艺技术的介绍,我们把设备分成五个模块加以组合,既熔体制备模块(包括螺杆挤压机、过滤器、熔体管路等),纺丝成形模块(包括纺丝箱、侧吹风等),牵伸组合模块(包括热辊和导辊),卷绕成形模块和控制系统模块,见图4所示。

图4
P P-CF 设备总图
3.2设备结构特点3.2.1熔体制备模块
可根据产品纤度范围的需要选择不同大小的螺杆挤压机,螺杆直径:65~120mm;挤出量50~280kg h 。

螺杆采用大的长径比:L D =30;带LT M 混
炼头。

在纺丝箱熔体入口处的熔体管路内植入了熔体静态混合器,使聚丙烯熔体和色母粒、添加剂充分均化混合。

提高了熔体的均匀性。

14产品开发纺织机械2010年第4期
PP -P P
3.2.2纺丝成形模块3.2.2.1
节能型小箱体
加强型保温箱体使箱体的保温效果更好,竖式小型箱体比普通箱体散热面积减少13,减少散热30%;下装式纺丝箱体结构避免了!烟囱效应,提供了组件和喷丝板面的温度均匀性。

3.2.2.2熔体冷冻阀
特殊设计的椭圆截面冷冻阀结构增加了熔体冻结的可靠性,又减少了压缩空气耗量。

3.2.2.3
下装式杯型组件
下装式杯型组件旋转90#密封操作方便,劳动强度低。

特有的线密封和自紧密封保证组件无渗漏。

高效混炼的内部结构;独特的熔体流动方式,提高熔体的均匀性。

喷丝板有孔区的可变性使组件对多品种的适纺性变宽。

3.2.2.4
侧吹风结构
纺制丙纶工业用丝时,由于单丝较粗(dpf=6-10旦)强度高,要求拉伸倍数高。

为承受高倍拉伸,初生纤维的结构要求内外均一,同时为了防止聚丙烯熔体的突然冷却,造成皮心结构,影响成品丝的强度,所以在喷丝板下,必须设置缓冷区,使熔体暂时在260~290的热空气中保留一段时间不至于迅速冷却,故设计缓冷加热器起延迟冷却的作用,由于纺制丙纶工业用丝烟雾较大,故应设置排烟装置。

另外,该结构采用了快速清洗过滤网的前拆结构;有效吹风长度达1800mm 。

3.2.3牵伸组合模块
多段控温的电感应加热辊(见图5所示)采用先进的旋转测温技术,旋转测温方式是将铂电阻插在导丝盘壁内一起旋转,将测出的温度信号通过旋转变送器,送到热辊温度控制器上。

温控系统根据工艺设定的温度同实际测出的温度信号相比较控制加热器工作,使导丝盘表面温度满足纺丝工艺的要求。

旋转测温方式具有故障少、
控温精度高等特点。

图5电感应加热辊
辊壳的尺寸和表面材料处理状态可根据纤维种类、品种的不同进行特殊处理。

采用了油冷却循环系统对热辊电动机轴承进行冷却,延长了轴承的使用寿命。

另外,在牵伸组合模块中,加入了一道油轮和一道油嘴上油,在热牵伸辊前安置了预网络装置,加强了油剂在纤维表面的渗透;在卷绕头前安装了终网络装置,增强了丝束间的抱合力;从而改善了后加工性能,不易产生毛丝、断头和松圈丝等。

3.2.4
卷绕成形模块
采用中丽自主开发的高速自动换筒卷绕头,具有以下特点:
1200mm 筒管夹头设计4头和8头可互换;扩大单机的产品适纺范围。

卷绕成形采用多段可调的精密卷绕控制系统,避免卷绕过程中产生叠丝,使得丝饼成形优良。

卷绕头全部采用油脂润滑轴承,润滑方式简单可靠。

切换成功率98%。

3.2.5控制系统特点
一体化的DCS 控制系统;高精度的温度和速度控制;形象的人机界面设计。

4紧凑型、模块式、差别化设备的拓展应用
该机型虽为一步法生产丙纶高强丝PP-CF 而研制的,但它也兼具了一机多能的用途。

4.1可适当开发涤纶高强工业丝;4.2可适当开发锦纶高强工业丝;4.3可添加色母粒生产各种色丝;
4.4可添加各种功能母粒,纺制功能纤维;4.5可开发生产单丝(产品为母丝形式)。

5结束语
紧凑型、模块式、差别化PP-CF 纺丝牵伸一步
法生产设备;结构紧凑、技术先进、操作方便,采用模块式设计,具有工程投资低廉,产品灵活,量少批多,能满足市场各种需求,特别适合国内外一些中小型企业生产丙纶工业丝之用。

是生产多品种,小批量,差别化产品的理想设备。

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纺织机械2010年第4期产品开发。